【正文】 （km/h）前排駕駛員座椅前排駕駛員座椅峰值頻率Hz峰值峰值頻率Hz峰值實驗值計算值實驗值計算值實驗值計算值實驗值計算值40506070圖21優(yōu)化后坐墊上1/3倍合理的乘用車座椅靜態(tài)參數(shù)必須適合人的主、客觀需要，為駕駛員和乘客提供一個安全、舒適、方便的工作條件和乘坐環(huán)境。以我國成年人人體尺寸標準GB10000和汽車人體工程學為依據(jù)，認為乘用車座椅靜態(tài)參數(shù)選擇應(yīng)遵循以下原則：⑴座椅設(shè)計高度為360 mm，調(diào)節(jié)范圍為310~450 mm。⑵適合于90%人的座墊有效深度為375 mm，調(diào)節(jié)范圍為375~470 mm。⑶座墊寬度選擇范圍為460 ~540 mm。⑷靠背(加頭枕)設(shè)計高度為780 mm，調(diào)節(jié)范圍為680~830 mm。⑸靠背寬度一般與座墊相同,對于帶頭枕的座椅，肩高以上必須逐漸縮小，但最寬處不得小于200 mm。⑹座墊傾角必須合理，一般駕駛員座椅傾角可大些，而乘客座椅傾角可小些，其取值范圍為。⑺為保證合理舒適的體腿夾角，必須有一定的靠背傾角，駕駛員座椅靠背傾角較小，而乘客座椅靠背傾角較大,其取值范圍為。乘用車座椅作為聯(lián)系人—車的一個重要部件，承受著復雜的載荷。一方面，車輛行駛在凸凹不平的路面上，產(chǎn)生車體隨機振動，在乘用車座椅上產(chǎn)生隨機動載荷，它是車輛座椅骨架疲勞破壞的主要原因；另一方面,車輛行駛工況很復雜；如起步、加速、制動、減速、撞車等，在這些情況下乘用車座椅承受著很大的沖擊載荷，尤其是撞車時，作用于座椅上的沖擊力將非常大，很可能造成骨架斷裂、嚴重變形或使調(diào)節(jié)機構(gòu)失靈。因此，設(shè)計乘用車座椅時必須對其強度進行預(yù)算，反復進行強度校核,盡量以最少的材料、最輕的質(zhì)量滿足強度要求。車輛座椅強度計算分為三個方面:⑴固定強度計算 主要是計算正面撞車時，座椅與車身的聯(lián)接件及調(diào)節(jié)器的強度。⑵向靠背加載的強度計算 主要是計算座椅受人體后背碰撞時，座椅骨架、座椅與車身的聯(lián)接件、調(diào)節(jié)器的強度。⑶向靠枕加載的強度計算 主要是計算高靠背座椅靠背骨架的剛度，使其在受人體頭部沖擊時，不致發(fā)生太大的變形。乘用車座椅參數(shù)化繪圖軟件是基于AutoCAD ，它分為三個部分；乘用車座椅設(shè)計所需的基本圖形庫；有關(guān)零部件、總成的參數(shù)化繪圖程序；乘用車座椅繪圖界面。(CAD)簡介計算機輔助設(shè)計CAD(Computer Aided Design)是設(shè)計人員借助于計算機進行設(shè)計的一種方法。其特點是將人的創(chuàng)造能力和計算機的高速運算能力，巨大存儲能力和邏輯判斷能力很好地結(jié)合起來。在工程、產(chǎn)品設(shè)計中，許多繁重的工作，例如非常復雜的數(shù)學和力學計算，多種設(shè)計方案的提出、綜合分析比較與優(yōu)化、工程圖樣及生產(chǎn)管理信息的輸出等，均可由計算機完成。設(shè)計人員則可對計算、處理的中間結(jié)果做出判斷、修改，以便更有效地完成設(shè)計工作。計算機輔助設(shè)計能極大地提高設(shè)計質(zhì)量，減輕設(shè)計人員的勞動，縮短設(shè)計周期，降低產(chǎn)品成本，為開發(fā)新產(chǎn)品和新工藝創(chuàng)造了有利條件。CAD技術(shù)與CAM技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)設(shè)計、制造一體化，具有明顯的優(yōu)越性，主要體現(xiàn)在：⑴有利于發(fā)揮設(shè)計人員的創(chuàng)造性，將他們從大量繁瑣的重復勞動中解放出來。⑵減少設(shè)計、計算、制圖、制表所需的時間，縮短了設(shè)計周期。⑶由于采用了計算機輔助分析技術(shù)，可以從多方案進行分析、比較，選出最佳方案，有利于實現(xiàn)設(shè)計方案的優(yōu)化。⑷有利于實現(xiàn)產(chǎn)品的標準化、通用化。⑸減少零件在車間的流通時間和機床上裝卸、調(diào)整、測量、等待切削的時間，提高了加工效率。⑹先進的生產(chǎn)設(shè)備既有較高的生產(chǎn)過程自動化水平，又能在較大范圍內(nèi)適應(yīng)加工對象的變化，有利于企業(yè)提高應(yīng)變能力和市場競爭力。 ⑺提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和設(shè)計、生產(chǎn)效率，使產(chǎn)品的設(shè)計、制造過程一體化。 ⑻CAD/CAM形成了一個有機整體，通過信息的集成，在經(jīng)濟上、技術(shù)上給企業(yè)帶來了綜合效益。在乘用車座椅設(shè)計時，常會遇到一些尺寸和形狀比較固定且經(jīng)常重復出現(xiàn)的圖形,把這些經(jīng)常出現(xiàn)的圖形做成塊，存于磁盤的某一子目錄中，形成一個座椅設(shè)計專用圖庫。為方便使用，把汽車座椅設(shè)計圖庫分成五類；⑴維人體繪圖模板圖庫 人體尺寸是乘用車座椅設(shè)計的基礎(chǔ)資料，以中國標準化與信息分類編碼研究所開發(fā)的“人體二維模板”為依據(jù)，把人體分為頭部、軀干、大腿、小腿、足、大臂、小臂和手掌八個部分。這八個部分各自獨立成塊，分別有50、95百分位三種形式，用戶可以根據(jù)需要把這些部分以合理的角度用關(guān)節(jié)聯(lián)接的形式拼合成人體立姿或坐姿下的二維圖形，利用三種百分位人體舒適坐姿的二維圖形，可以很直觀地檢查乘用車座椅靜態(tài)尺寸及調(diào)整特性是否合理。⑵座椅常用標準聯(lián)接件圖庫 乘用車座椅上有許多聯(lián)接件，最常見的有地腳螺栓、螺母、六角頭螺栓、六角頭螺釘、彈簧墊圈、鉚釘?shù)?。定義聯(lián)接件圖塊時,按照聯(lián)接件的機械制圖標準，繪制了二維視圖，分別以特定的名稱存盤。⑶座椅常用部件圖庫 乘用車座椅中有一些零部件，如扶手、煙灰盒、調(diào)節(jié)器聯(lián)接板、彈簧等，它們在各種座椅中可以通用，且尺寸固定，為提高繪圖效率，把它們定義為塊，繪圖時可根據(jù)需要插入。⑷參數(shù)化設(shè)計圖塊 在繪制裝配圖時，需要用到許多零部件,這些圖形的尺寸并不固定，而要根據(jù)設(shè)計的需要實時修改。顯然,在每一裝配圖中，按部就班地繪制是很復雜的一件事。為此,我們采用模塊化設(shè)計技巧，把裝配圖中各個部分分別用參數(shù)化設(shè)計的方法繪制成圖并定義為塊，在繪制裝配圖時可以直接調(diào)用這些參數(shù)化圖塊。⑸圖塊 嚴格地說，臨時圖塊不能列入圖庫中，由于它屬于“塊”定義圖形,這里把它放在圖庫中闡述。某些零件只能用于某一部件或總成，但其多次出現(xiàn)，這就需要臨時把它定義為“塊”，用到時調(diào)入。另外,還有一種情況也要用到臨時圖塊，當某一零部件與基礎(chǔ)件存在一定的幾何關(guān)系，直接繪制存在一定困難，此時可以把其先定義為“塊”，然后用塊插入的方式引入，這是繪制較復雜圖形時常用的方法。乘用車座椅的形式和尺寸隨使用對象的不同而改變，此時僅僅停留在AutoCAD的基本繪圖功能上已遠遠不夠,而要實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計繪圖。針對某一設(shè)計而言，其結(jié)構(gòu)和尺寸(主要指尺寸)不可能一下就確定下來,需要進行反復的選擇、比較和檢驗，在這時，參數(shù)化繪圖就顯示出很大的優(yōu)越性。一般說來，它比在圖形屏幕上直接繪圖快10~20倍，可大大縮短產(chǎn)品設(shè)計周期。車輛座椅上有許多基本靜態(tài)尺寸，如座高、座寬、座深、靠背高、靠背寬、靠背骨架尺寸、靠背傾角等,它們必須隨著使用條件的變化而變化，并且最好能適合各種身材的人。為此,我們對汽車座椅上重要的零部件實現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計。參數(shù)化設(shè)計是采用AutoCAD自帶的人工智能語言AutoLisp實現(xiàn)的。在程序設(shè)計時，往往把程序分成若干功能模塊，編成相應(yīng)的計算、判斷、繪圖功能函數(shù)，分別調(diào)用并組合在一起,即可形成半智能的繪圖程序，車輛座椅繪圖軟件主要是用AutoLisp的函數(shù)功能增加有關(guān)零部件繪圖命令或繪圖函數(shù)。為使座椅設(shè)計繪圖軟件適用于生產(chǎn)實際，能夠為車輛座椅從初選到定型提供可靠依據(jù)，對車輛座椅重要零部件及總成進行了參數(shù)化設(shè)計，它們包括:座墊軟墊、靠背軟墊、座墊骨架、靠背骨架、座墊總成、靠背總成、座椅骨架總成、底座總成和車輛座椅總成等。另外，車輛座椅一般是按中等身材人體尺寸設(shè)計的，但希望它使矮小或高大身材的人坐上去以后,通過適當?shù)恼{(diào)整也能獲得舒適坐姿。圖22為按上述方法繪制的一中等身材人坐在一設(shè)計較為合理的座椅上的示意圖。圖22乘用車座椅總成外觀尺寸檢驗示意圖用戶調(diào)用車輛座椅零部件或總成參數(shù)化繪圖函數(shù)時，需在屏幕上逐行輸入數(shù)據(jù)，回車確定后，這些參數(shù)無法修改,這樣做既不方便也不直觀。另外，乘用車座椅繪圖軟件包括許多程序，要記住這些程序的名稱及功能也很困難。為此，設(shè)計了繪圖模塊的對話框及菜單。利用菜單可很方便地激活相應(yīng)對話框，通過對話框能直觀地選擇結(jié)構(gòu)形式,輸入基本參數(shù)。對話框按對話框控制語言(DCL)語法規(guī)則編寫DCL文件描述了對話框的顯示樣式及其所包含的內(nèi)容。根據(jù)乘用車座椅的特點，其對話框分為標題、形式選擇、基本參數(shù)選擇、操作按鈕四個部分。通過采用七自由度動力學模型進行車輛平順性仿真，可對車輛座椅的動態(tài)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。經(jīng)實車試驗驗證,所用模型及程序計算精度滿足工程要求。6 結(jié)論與展望本文運用外點懲罰函數(shù)法和繪圖軟件CAD參考我國座椅強度法規(guī)，對某國廠乘用車座椅進行舒適性和安全性進行分析，通過實驗，建立了力學模型和數(shù)學模型，根據(jù)模型進行試驗，再進行試驗數(shù)據(jù)分析，進而說明本文所采用的建模和設(shè)計的方法是可行的。本文的主要結(jié)論如下：⑴試驗是座椅設(shè)計中非常重要的研究方法。本文采用臺車試驗，得出在車上裝配安全氣囊的情況下，安全帶在一定條件下的斷裂及座椅在一定條件下的移動變形，更有助于對乘員的保護。進而提出在綜合考慮與安全氣囊匹配的情況下，安全帶該斷就斷、座椅該動就動的新的設(shè)計理念。⑵乘用車座椅是一個由骨架、彈性元件、調(diào)節(jié)裝置和橡皮組成的復雜系統(tǒng)，座椅骨架支撐著整個座椅，承受著大部分的載荷，其舒適性能決定著座椅系統(tǒng)的剛度特性。可變剛度和分層設(shè)置剛度試驗分析的對比，通過座椅的舒適性評估方法的出，單層設(shè)置舒適性最差，分層設(shè)置舒適性更好，兩者加起來是舒適性是最好的。⑶最后介紹了CAD在座椅設(shè)計中的應(yīng)用，主要介紹了CAD存盤。在對論文設(shè)計時，僅對座椅的舒適性和安全性做了介紹，但由于時間有限，對座椅的布置沒有介紹，乘用車的布置、有限元分析、設(shè)計在座椅中的應(yīng)用以及本文沒有提到的很多方法和設(shè)計理念，將在以后的學習中加以完善。參考文獻[1]王望予．汽車設(shè)計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2007[2]余志生．汽車理論[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2008[3]張洪欣．汽車設(shè)計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1988[4]黃世霖，張金換，王曉冬．汽車碰撞與安全［M]．北京：清華大學出版社，2000[5]王瑄，李宏光．現(xiàn)代汽車安全[M]，人民交通出版社，1998[6]溫吾凡．汽車人體工程學[M]．吉林：吉林科學技術(shù)出版社，1991 [7]姚為民,孫丹丹．汽車座椅系統(tǒng)安全性綜述[J]．汽車技術(shù)，2002 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